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1、变电站综合自动化原理与系统,主讲：黄 勇教材：变电站综合自动化原理与系统 张惠刚 编著 中国电力出版社,第1章 变电站综合自动化概述,1.1 概述 1.2 变电站综合自动化的优越性 1.3 变电站综合自动化系统的主要内容 和基本功能 1.4 变电站综合自动化系统的设计原则要求 1.5 变电站综合自动化系统的硬件结构 1.6 变电站综合自动化系统的发展简介,1.1 概 述,1.1.1 变电站及其自动化,电力系统的概念：传统的说法叫做发、输、配、用电设备的组合体系统；或发电机、变压器、电力线路、电容器、电抗器和各种用电设备组成的有机整体。,电力系统的基本特点：连续运行的系统，电能的生产、传输、分配
2、和消耗必须同时完成。,变电站：介于发电厂和电力用户之间的中间环节，由主变压器、母线、断路器、隔离开关、避雷器、电容器、电抗器、互感器等设备集合而成。,变电站的运行是一个连续的过程，作为电力系统的一个重要环节，其运行具有电力系统中电能快速变化和电气过程快速传播的特点。,1.1.2 变电站综合自动化及其系统,变电站的组成：,一次系统完成电能的传输、分配和电压变换工作；二次系统完成对一次设备及其流经电能的测量、监视和故障的告警、控制、保护以及开关闭锁、厂站远动系统等工作。常规变电站的二次系统主要包括继电保护、故障录波、当地监控以及远动四部分。,变电站综合自动化的概念：,将变电站的二次设备经过功能的组
3、合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。是利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统。是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。,1.2 变电站综合自动化的优越性,传统的变电站存在的问题：,安全性、可靠性不能满足现代电力系统高可靠性的要求；供电质量缺乏科学的保证（电能质量的主要指标是电压、频率和谐波）；占地面积大，增加了征地投资；不适应电力系统快速计算和实时控制的要求；维护工作量大，设备可靠性差，不利于提高运行管理水平
4、和自动化水平。,变电站实现综合自动化的优越性：,提高变电站的安全、可靠运行水平；提高供电质量，提高电压合格率；简化了变电站二次部分的硬件配置；提高电力系统的运行管理水平；缩小变电站占地面积，减少总投资；减少维护工作量，减少值班员劳动量；有利于提高变电站无人值班管理水平。,1.3 变电站综合自动化系统的主要内容和基本功能（一）,变电站综合自动化的主要内容：,实现变电站正常运行的监视和操作，保证变电站的正常运行和安全；当发生事故时由继电保护和故障录波等完成瞬态电气量的采集、监视和控制，迅速切除故障，完成事故后的恢复操作；监视高压电气设备本身的运行；将变电站所采集的信息传送给调度中心，必要时送给运行
5、方式科和检修中心等，以便为电气设备监视和制定检修计划提供原始数据。,变电站实现综合自动化的基本目标：,提高变电站的技术水平和管理水平；提高电网和设备的安全、可靠、稳定运行水平；降低运行维护成本；提高供电质量，并促进配电系统自动化。,1.3 变电站综合自动化系统的主要内容和基本功能（二）,变电站综合自动化的基本功能：,监视和控制功能：,时间顺序记录SOE；,数据采集：1、模拟量的采集：有直流采样（有效值、均值）和交流采样（瞬时值）两种方式；2、状态量的采集：各种开关状态、位置；3、脉冲量的采集：主要是电能量的采集，目前也可用软件计算。,故障记录、故障录波和故障测距；,操作控制功能；,安全监视功能
6、：越限告警，装置失电、异常监视；,人机联系功能：显示画面和数据；输入数据；人工控制操作；诊断与维护；,打印功能；,数据处理与记录功能；,谐波分析与监视：谐波源的监视、谐波的治理。,1.3 变电站综合自动化系统的主要内容和基本功能（三）,变电站综合自动化的基本功能：,微机保护：,微机保护的优越性：1、灵活性强；2、综合判断能力强；3、性能稳定，可靠性高；4、微机保护利用微机的记忆功能，可明显改善保护性能、提高保护的灵敏性；5、微机保护利用微机的智能特性，可实现故障自诊断、自闭锁和自恢复；6、体积小、功能全；7、运行维护工作量小，现场调试方便。,1.3 变电站综合自动化系统的主要内容和基本功能（四
7、）,变电站综合自动化的基本功能：,微机保护：,微机保护的功能：1、高压输电线路的主保护和后备保护；2、主变压器的主保护和后备保护；3、无功补偿电容器组的保护；4、母线保护；5、配电线路的保护；6、不完全接地系统的单相接地选线。,电压、无功综合控制：电力系统长期运行的经验和研究、计算的结果表明，造成系统电压下降的主要原因是系统的无功功率不足或无功功率分布不合理。对发电厂来说，主要的调压手段是调整发电机的励磁；在变电站主要的调压手段是调节有载调压变压器分接头位置和控制无功补偿电容器；,1.3 变电站综合自动化系统的主要内容和基本功能（五）,变电站综合自动化的基本功能：,微机保护：,低频减负荷控制；
8、,备用电源自投控制；,通信功能：1、现场级通信；2、与上级调度通信；3、符合部颁的通信规约。,时钟功能；,自诊断功能。,1.4 变电站综合自动化系统的设计原则和要求,变电站综合自动化的基本功能：,系统运行的安全性；信息共享；充分体现综合性；技术先进性；结构上的灵活性；通信的可靠性；运行模式的适应性；很强的抗干扰能力；标准化和开放性。,1.5 变电站综合自动化系统的硬件结构（一）,变电站综合自动化系统的结构形式通常可分为：传统改造式、集中组屏式、分层分布式、完全分散式和分散集中结合式等五种类型。,传统改造式，在变电站传统自动化的基础上，改进测控方式，增加监控部分而组成的一类变电站综合自动化系统。
9、分为：,保留RTU形式，基本特点是：1、结构简单；2、投资少，只在常规远动装置外增加当地监控；3、功能简单，综合性能差；4、保留了变电站内原来的二次回路。,取消RTU形式，基本特点是：1、测量、控制、保护单元分布在原有柜层上，不增加屏柜；2、不需改动原有的二次回路；3、扩充性较好，增加的测控单元可连接到总线上；4、综合性能不高。,传统改造式（保留RTU）,传统改造式（取消RTU）,1.5 变电站综合自动化系统的硬件结构（二）,集中组屏式，是指采用不同档次的计算机，扩展外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机保护、自动控制等功能。其基本特点是：
10、,按功能划分单元；功能单元间相互独立，互不影响；可集中也可分散安装；扩充性好；综合性能较强。,其最大的缺点是：,每台计算机的功能较集中，如果一台计算机出故障，影响面大，因此必须采用双机并联运行的结构才能提高可靠性；软件复杂，修改工作量大，系统调试复杂；组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件都必须另行设计，工作量大；不直观、不符合运行和维护人员的习惯，调试和维护不方便，程序设计麻烦，只适合于保护算法比较简单的情况。,集中组屏式变电站综合自动化系统结构,1.5 变电站综合自动化系统的硬件结构（三）,分层分布式，是指将整个变电站的一次、二次设备分为3层，即变电站层、单元层（或称间隔层）
11、和设备层。其基本特点是：,分层分布式的配置：系统采用按功能划分的分布式多CPU系统，具有软件相对简单、调试维护方便、组态灵活、系统整体可靠性高等特点；在综合自动化系统的管理上，采取分层管理的模式；继电保护相对独立；具有与控制中心通信功能；可靠性高；维护管理方便；需要电缆较多。,1.5 变电站综合自动化系统的硬件结构（四）,完全分散式，是指以变压器、断路器、母线等一次主设备为安装单位，将保护、控制、输入/输出、闭锁等单元就地分散安装在一次主设备的开关屏（或柜）上，安装在主控制室内的主控单元通过现场总线与这些分散单元进行通信，主控单元通过网络与监控主机联系。其基本特点是：,系统部件完全依主设备分散
12、安装分层分布式的配置；节约控制室面积；节约二次电缆；综合性能强。,1.5 变电站综合自动化系统的硬件结构（五）,集中分散结合式，是指既有集中部分又有分散部分。按集中和分散的不同结合可分为：局部集中总体分散结构、高压集中配电分散结构。其基本特点是：,配电线路的保护和测控单元，分散安装在各开关柜内，简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面积；高压线路保护和变压器保护采用集中组屏结构，保护屏安装在控制室或保护室中，处于比较好的工作环境中，有利于提高可靠性；简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了大量连接电缆；模块与监控主机间通过局域网或现场总线连接，原来变电站内大量的信号传输改变为数据传输，
13、抗干扰能力强，可靠性高；分层分散式结构可靠性高，组态灵活，检修方便。,1.6 变电站综合自动化系统的发展简介,国外变电站综合自动化系统的发展概况：始于20世纪70年代后期，80年代发展较快。,我国变电站综合自动化的发展过程：开始于20世纪80年代中期，20世纪80年代后期，不少高等院校、研究单位和生产厂家投入到变电站综合自动化的研究中，20世纪90年代，变电站综合自动化成为热点，变电站综合自动化成为新建变电站的主导技术。,变电站综合自动化的发展趋势：1、变电站综合自动化由功能分散向单元分散发展；2、变电站综合自动化由集中控制向分布式网络发展；3、从少功能向多功能发展；4、向测量数据完全共享发展。光电传感器的优越性：优良的绝缘性能，抗干扰能力强；不含铁心，消除了磁饱和、铁磁谐振等问题；动态范围大，测量精度高；变电站综合自动化向规范化方向发展。,
